宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的(de)天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星系团的(de)运(yùn)动速(sù)度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了这(zhè)样部分不可(kě)见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的(de)质(zhì)量。只是当(dāng)时的(de)人们对(duì)这样(yàng)的一种说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射(shè)电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可(kě)能(néng)就是存(cún)在着一(yī)种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的(de)规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部分的质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区域。那(nà)么我们(men)通过(guò)什么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地(dì)球(qiú)上的(de)观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观(gu乾坤未定你我皆是黑马，把人比喻黑马是啥意思ān)测到的质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这个区(qū)域，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图像进(jìn)行连通(tōng)域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的(de)探测(cè)器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)着(zhe)银(yín)河(hé)系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河(hé)系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流(liú)最(zuì)快的(de)时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对(duì)于探测(cè)的(de)结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的(de)诞(dàn)生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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